第三章计算机软件3.2操作系统

《第三章计算机软件3.2操作系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章计算机软件3.2操作系统（120页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章 计算机软件3.4 算法和计算机软件理论基础3.1 计算机软件及计算机软件技术3.2 操作系统3.3 程序设计语言及语言处理程序3.2 操作系统3.2.1 概述3.2.2 多任务处理3.2.3 存储管理3.2.5 设备管理3.2.4 文件管理3.2.6 常用操作系统介绍操作系统 操作系统（Operating System，简称OS）：计算机中最重要的一种系统软件，是一些程序模块的集合，它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理地安排计算机的工作流程，控制和支持应用程序的运行，向用户提供各种服务，使得用户能方便、灵活、有效地使用计算机，也使整个计算机系统高效率地运行 3

2、.2.1 概述开始操作系统的目标1.方便性2.有效性3.可扩充性4. 开放性一个未配置OS的计算机系统是很难使用，因为计算机硬件 只能识别机器代码。因此，用户要在计算机上运行自己编 写的程序，就必须用机器语言书写程序。如果在计算机硬 件上配置了OS，用户便可通过OS提供的各种命令来使用计 算机系统。在未配置OS的计算机系统内，诸如CPU、I/O设备等各类资 源，都会经常处于空闲状态而得不到 充分 利用。内存和外 存中所存放的数据由于无序而浪费存储空间。配置了OS后 ，可使CPU、I/O设备由于保持忙碌状态而得到充分利用， 而可使内存和外存中存放的数据有序而节省存储空间。此外 OS通过合理组织计

3、算机工作流程，进一步改善资源利用率 及提高系统的吞吐量由于计算机硬件和体系结构迅速发展，计算机网络和Internet 的发展，相应对OS提出更高的功能和性能要求。OS必须具有 很好的可扩充性，方能适应发展的要求。OS应采用层次化结构 ，以便增加新的功能层次和模块，并修改老的层次和模块由于计算机网络的发展，使计算机操作系统的应用环境，已 逐步由单机环境转向网络环境。为了使来自不同产家的计算 机和设备通过网络加以集成化，并能正确、有效地协同工作 ，实现应用的可移植性和互操作性，必须有统一的开放环境 ，进而要求OS具有开放性为什么需要操作系统？控制基本的输入 /输出操作分配系统中 的资源管理存储器

4、空间监测计算机 运行和故障维护计算机 安全操作系统的作用w 一、管理系统中的各种软硬件资源w 资源n硬件资源：计算机系统中的所有硬件设备（CPU、存储器、I/O 设备、网络通信设备） n软件资源：程序、数据n计算机执行多个程序时，操作系统承担着资源的调度和分配任 务，目的是：避免冲突、保证程序正常有序地、高效率地运行w 从资源管理的角度看操作系统的主要功能：n处理器管理n存储管理n文件管理nI/O设备管理等操作系统的作用 w 二、为用户提供友善的人机界面 n用户界面（user interface、用户接口、人机接口 ）：是实现用户与计算机通信的软、硬件部分的总称。n图形用户界面（Graphic

5、al User Interface，简称GUI）：l通过多个窗口分别显示正在运行的各个程序的状态和输 出l采用图标（icon）来形象地表示系统中的文件、程序、 设备等对象l借助点“菜单”的方法来选择要求系统执行的命令或输入 的某个参数l利用鼠标器控制屏幕光标的移动并掀动按键触发某个操 作命令的执行l采用拖放（Drag and Drop）方式执行所需要的操作。n优点：使用户能够十分直观、灵活、方便、有效地使用计算机，免 去了记忆操作命令的沉重负担。操作系统的作用w 三、为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台n裸机：没有安装任何软件的计算机。n在裸机上开发和运行应用程序难度大、效率低，很难实现

6、。n安装了操作系统之后，实际上呈现在应用程序和用户面前的是一台“虚计算机”。n操作系统屏蔽了几乎所有物理设备的技术细节，它以规范、高效的方式（例如系统调用、库函数等）向应用程序提供了有力的支持，从而为开发和运行应用程序提供了一个平台。n操作系统提供了许许多多的功能让应用程序调用操作系统的作用和地位计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统其他系统软件其他系统软件应用软件应用软件各类用户各类用户虚虚计算机计算机操作系统的作用和地位操作系统还具有：辅导用户操作处理硬件错误保护系统安全操作系统的启动w 安装了操作系统的计算机，操作系 统总是驻留在硬盘存储器上的w 计算机加电后，自动将操作系统装 入内存 w

7、 操作系统装入成功后，整个计算机 就处于操作系统的控制之下，用户就 可以正常地使用计算机了 有无故障自举程序(Boot)从系统盘 将引导程序装入内存引导程序引导系统启动操作系统控制计算机工作系统自检（POST ）和初始化启动失败加电操作系统的启动CPUROM BIOS硬 盘RAM执行自举程序装入操作系统装入引导程序 执行 引导 程序 执行 操作 系统出 导程读 引序操作系统的加载过程操作系统的加载过程加电自检操作系统的启动计算机硬件应用程序接口(API)处理器 管理文件 管理存储 管理文件系统，网络管理程序设备驱动程序设备 管理窗口 管理应用 程序1应用 程序2应用 程序3用户 接口外壳应用

8、程序3用 户内 存 储 器操作系统运行时内存的态势操作系统运行时内存的态势w计算机的内存容量是有一定限制的，操作系统启动成功后，只有一部分操作系统程序放在内存中。操作系统的功能 w 操作系统提供的管理功能主要有：n多任务处理与处理器管理（CPU管理）n存储管理n文件管理n设备管理一般还具有中断处理、错误处理等功能。操作系统的各个功能之间并不是完全独立的，它们之间存在着相互依赖的关系。3.2.2 多任务处理与处理器管理多任务处理（CPU管理）中央处理器（CPU）是计算机系统的核心硬件资源。n任务（task）：指装入内存并启动执行的一个应用程序。 w “单任务处理”与“多任务处理”n单任务处理：前

9、一个任务完成后才能启动后一个任务的运行， 任务是顺序执行的n多任务处理（multitasking）：指操作系统支持的同时运行若 干个程序的能力目的：为了提高CPU的利用率如：Windows操作系统启动后，就进入了多任务处理状态。 用户可以启动电子邮件程序、IE浏览器、Word等各自独立的运行， 互不干扰（似乎同时工作）n查看任务状态：借助于“Windows任务管理器”，用户可以随 时了解系统中有哪些任务正在运行、处于什么状态、CPU的使用率是 多少、存储器使用情况如何等多任务处理（CPU管理）w 任务窗口： 多个任务同时在计算机中运行时，通常一个任务对应着 屏幕上的一个窗口 w 活动窗口： 接

10、受用户输入信息（击键或按击鼠标）的窗口只能有一 个，称为活动窗口，它所对应的任务称为前台任务 w 非活动窗口： 其它窗口都是非活动窗口，非活动窗口所对应的任务称 为后台任务什么是前台任务与后台任务？w 前台任务：能接受用户输入(击键或按击鼠标)的窗口只能有一个，称为活动窗口，它所对应的任务称为前台任务w 后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务w 前台任务与后台任务的区别：n前台任务对应的窗口(活动窗口)位于其它窗口的前面n活动窗口的标题栏比非活动窗口颜色更深(深蓝色)n 操作系统只把用户输入的信息传送到前台任务所对应的活动窗口中去w 前台任务与后台任务的共同点：都在计算机中运行w 前

11、台任务与后台任务的切换：n为了输入信息到某个后台任务中去，必须切换窗口(单击要激活的后台任务窗口的任何部位, 或单击任务栏中对应的任务按钮） 多任务处理举例制作PPT讲稿查 看 文 件 夹 内 容收 发 电 子 邮 件播 放 音 乐如何知道有哪些任务在运行？w 每启动一个应用程序，OS就会打开 一个相应的窗口，通常一个窗口就是 一个任务 w 每启动一个应用程序，OS就会在任 务栏上显示一个相应的任务按钮(程序 按钮)，通常一个按钮就是一个任务w 窗口可以放大或缩小，甚至可以“ 最小化”，但任务的运行不受其影响w 使用“任务管理器”程序可以了解每 个任务的运行情况处理器管理（ CPU的管理）w

12、目的：让CPU轮流为所有任务服务w 原则：公平性；优先级；负载均衡w 方法：按时间片轮转 （10-20ms为1个时间片 ）按优先级调度任务1任务2任务3任务4任务5时间时间任 务多任务处理（CPU管理）Windows操作系统采用并发(concurrency)多任务方式支持系统 中多个任务的执行。 w 并发多任务：指不管是前台任务还是后台任务，它们都能分配到CPU的 使用权，因而可以同时运行。宏观上同时在执行，微观上任何 时刻只有一个任务在被CPU执行。即这些程序由CPU轮流执行。 w 合理配置任务，才能达到有效并发n如果后台运行的是文件打印、计算、文件下载或上传等任务， 前台是文字处理或交互式

13、绘图任务，则整个系统的工作效率就很高；n如果同时启动了电子表格、字处理程序和绘图程序，由于它们 都是交互式工作的，需要作为前台接受输入，处于后台状态时，因等 待输入而无事可做，反而要一遍遍地查询有无键盘和鼠标器输入（而 又得不到输入），白白消耗了CPU的时间，系统工作效率很低。多任务处理（CPU管理）为了支持多任务处理，操作系统中有一个处理器调度程序w 处理器调度程序：负责把CPU时间分配给各个任务，使多个任务同时执行。w 调度策略：程序一般采用按时间片（比如1/20秒）轮转的调度策略， 即每个任务都能轮流得到一个时间片的CPU时间，只要时间片用 完之后，调度程序就会把CPU交给下一个任务。时

14、间片一结束，不管任务有多重要，也不管它执行到什么 地方，正在执行的任务就会被强行终止。这种做法又叫做抢占式 (Preemptive)多任务方式。实际上，操作系统本身的若干程序也是与应用程序同时运行的，它们一起参与CPU时间的分配。当然，不同程序的重要性不完全一样，它们获得CPU使用权的优先级也有区别多任务处理（CPU管理）w 调度优先级：操作系统本身也有若干程序正在与应用程序同时运行，它 们一起参与对CPU时间的分配。而且，不同程序的重要性不完全 一样，操作系统应给它们赋予不同的获得CPU使用权的优先级， 这就使处理器调度的算法更加复杂。w 调度测度：为了改善系统的性能，处理器调度的对象粒度会

15、更细一些 ，即把调度单位从“任务”细化为“进程”甚至“线程”如何结束任务的运行？w 每一个应用程序运行时都要占用大量的系统资源(存储器 、CPU、屏幕等)，所以当不再需要某个应用程序运行时，就 应该退出这个应用程序，释放它所占用的资源w 多数应用程序都设计成交互式控制的方式，所以运行完毕 后必须由用户退出该程序。w Windows XP中退出应用程序的几种方法：n最快速的方法，是左击应用程序窗口右上角的红 色“叉子”按钮n左击窗口左上角的控制按钮，在弹出菜单中选择 “关闭”n在应用程序的“文件”菜单中，选择“退出”n通过OS的任务管理器，强迫结束任务OS如何支持多任务处理？w 为什么可以实现多

16、任务处理？nCPU速度极高，必须并且可以充分发挥CPU的效能nCPU与I/O(外围设备)可以并行工作n各个外围设备之间可以并行工作w 实现多任务处理要解决哪些问题？nCPU如何管理和调度n存储器空间如何分配和管理n I/O设备和I/O操作如何管理和控制w 谁来解决上述问题？n不是应用程序自己，而是操作系统(OS) !Windows中的处理器管理w Windows为了确保每个已经启动的任务都有机会运行，它采用“抢先式”多任务处理技术：n由硬件计时器大约每10-20ms发出1次中断信号，Windows立即暂停当前正在运行的任务，查看当前所有的任务，选择其中的一个交给CPU去运行n只要时间片结束，不管任务有多重要，也不管它执行到什么地方，正在执行的任务就会被强行暂时终止 n上述的任务调度，每秒钟要进行几十次几百次w 实际上，操作系统本身的若干程序也是与应用程序同时运行 的，它们一起参与CPU时间的分配。当然，不同程序的重要性不完全一样，它们获得CPU使用权的优先级也有区别附：多任务处理与多核CPUw CPU瞬间可同时执行的线程(任务)数